Antecedentes de la función y la estructura del ADN. Identificación de

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historiaantecedentes
de la químicade la función y la estructura del adn . identificación de la naturaleza de las moléculas portadoras del mensaje genético
Antecedentes de la función y la estructura del ADN. Identificación
de la naturaleza de las moléculas portadoras del mensaje genético
José C. Illana
Resumen: Los primeros estudios genéticos fueron realizados por Mendel, De Vries, Correns y Tschermak. Meischer descubrió la nucleína
o ácido nucleico. Kossel relacionó la química de los ácidos nucleicos con sus efectos fisiológicos. Estas sustancias estaban constituidas por
bases nitrogenadas. Levene propuso su estructuración tetranucleotídica. Avery, Mc Leod y McCarty identificaron al ADN como el portador
de la información genética. Alfred Hershey y Martha Chase, utilizando isótopos radiactivos, confirmaron que el principio transformador
era el ADN. Erwin Chargaff demostró químicamente que el ADN era el compuesto por el que las características hereditarias se conservan y
se transmiten.
Palabras clave: Meischer, ácidos nucleicos, Avery, principio transformador, información genética.
Abstract: Early genetic studies were performed by Mendel, De Vries, Correns and Tschermak. Meischer discovered nuclein or nucleic acid.
Kossel related the chemistry of nucleid acids with its physiological effects. These substances were composed of nitrogenous bases. Levene
proposed its tetranucleotide structure. Avery, McLeod and McCarty identified DNA as the carrier of genetic information. Alfred Hershey and
Martha Chase, using radioactive isotopes, confirmed that the transforming principle was DNA. Erwin Chargaff demonstrated chemically that
the DNA was the compound for wich the hereditary characteristic remain and are transmitted.
Keywords: Meischer, nucleic acids, Avery, transforming principle, genetic information.
primeros estudios genéticos
os primeros estudios genéticos estuvieron relacionados
con fenómenos biológicos de transmisión de caracteres
dentro de cada especie y fueron impulsados por sus aplicaciones agrícolas y ganaderas. La mutación y evolución de
las especies en la teoría de Darwin había trastocado todos
los planteamientos anteriores. Carl von Linneo había considerado la hibridación como la causa de la variación de los
individuos y de la producción de nuevas especies. La Universidad de Munich estableció un concurso en 1834 sobre
la variabilidad de las especies, que ganó Spring en 1838, y la
Universidad de París otro sobre híbridos vegetales en 1861,
que fue adjudicado a Naudín en 1863.[1]
Así se encontraba el panorama científico en temáticas
relacionadas con la herencia biológica cuando en 1856 apareció Gregor Johann Mendel (Figura 1). Mendel nació en
Heinzendorf (hoy Hynöice) en el norte de Moravia (República Checa), en 1822, el mismo año que Pasteur, y como él
en una familia humilde.
Ingresó en el Monasterio de los Agustinos de Brünn
(hoy Brno) y estudió en la Universidad de Viena. En 1853
inició sus investigaciones sobre la hibridación de plantas,
usando semillas de guisantes como modelo. Mendel expuso sus trabajos en la Sociedad de Historia Natural de Brünn
el 8 de Febrero y el 8 de marzo de 1861. En su extraordinaria investigación sobresalen dos hechos: el primero es
Catedrático de Fisica y Química. Inspector de Educación.
Doctor en Bioquímica. Universidad Complutense.
Dirección postal: C/ Ribadavia nº 6, 2º H, 28029
C-e: [email protected]
José C. Illana
Recibido: 08/05/2013. Aceptado: 15/09/2013.
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L
Figura 1. Mendel
que en la transmisión de caracteres, las hipótesis no pueden llegar
a ninguna explicación si no se utiliza un gran número de plantas, para eliminar cualquier posibilidad de efectos debidos al azar;
y el segundo, que los caracteres cualitativos se distribuyen de
una forma cuantitativa, la cual, se puede explicar aplicando la
teoría combinatoria a la distribución en la progenie resultante de
los sucesivos cruces. Durante su vida, Mendel se acercó de
forma exasperante al reconocimiento de sus investigaciones, pero, por una parte la sociedad científica de su tiempo
no estaba preparada para asimilar sus conclusiones, y por
otra, Mendel no difundió sus ideas con la vehemencia que
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hacia Pasteur. Sin embargo él se dio cuenta de la transcendencia de su trabajo, puesto que, tres meses antes de morir,
escribió:
[…] Estoy plenamente seguro de que no pasará mucho
tiempo hasta que el mundo reconozca los resultados de
mis investigaciones.[2]
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Mendel sólo apareció citado en el libro Los híbridos
vegetales en 1881. Esta cita es importante ya que, gracias
a ella, cuando en 1900 Hugo de Vries (Figura 2), Carl
Correns y Erich Tschermak, independientemente, descubren de nuevo la segregación de los caracteres, y comprueban que 35 años antes un monje agustino había observado lo mismo y había sabido interpretarlo.
El procedimiento experimental que utilizó Mendel
se diferenciaba de los trabajos genéticos anteriores en
la elección del número de muestras objeto del estudio,
las hipótesis de trabajo, y la evaluación de los resultados,
que concordaban con los principios metodológicos de
una buena investigación mecánico-causal. En relación a
su método de trabajo escribió:
[…] La importancia y la validez de cada uno de los experimentos está condicionada por la idoneidad de los
medios auxiliares empleados en ellos, así como por la
apropiada utilización de los mismos… Los híbridos han
de estar protegidos, o han de ser fácilmente protegibles, durante el periodo de floración de la influencia de
cualquier polen ajeno… Para conocer la relación existente entre las formas híbridas entre sí y con las especies originarias parece indispensable que los miembros
de cada generación de la serie evolutiva sean sometidos
en su totalidad a observación…[3]
En la bibliografía disponible en su época sobre hibridación no se había considerado un tratamiento numérico
de las formas híbridas. Mendel introdujo los términos de
carácter dominante y carácter recesivo según aparecieran o no
en las combinaciones heredadas, sus fenotipos, o características externas. Utilizó métodos estadísticos en la comparación de los caracteres de los descendientes. Obtuvo
en la primera generación resultados del carácter dominante en la proporción 3:1; diferenciando dos caracteres las proporciones eran 9:3:3:1. Mendel consideró con
estos resultados que el número de formas híbridas podría
predecirse por aplicación matemática de las leyes de la
combinatoria:
[…] Si llamamos n al número de las diferencias características en las dos plantas originales, 3n será el término
general de la serie de combinaciones, 4n será el número
de individuos pertenecientes a la serie y 2n el número
de combinaciones que se mantienen constantes. Todas
las combinaciones constantes posibles por la combinación de los siete rasgos característicos de los guisantes
aquí presentados se mantendrá también realmente en
cruces reiterados. Su número es por tanto 27 =128.[4]
La publicación por Mendel de estas conclusiones en
un órgano periodístico de poca difusión y la gran polémica evolucionista que afectó a la biología del siglo xix hizo
caer en el olvido temporal estas notorias contribuciones a
la teoría de la herencia. Ni la Unión Naturalista de Brünn,
ni el propio Carl von Nägeli, que tuvieron conocimiento
directo de los resultados experimentales de Mendel, se
hicieron eco de esta novedad científica, ni fueron capaces
de confirmarlos en mayor proporción que lo que había
realizado el monje agustino en el pequeño huerto donde
trabajó.
desarrollo de la genética
Las hipótesis genéticas de Charles Darwin sobre la transformación de las especies llevaron en 1900 al botánico
holandés Hugo de Vries (1848-1935) a realizar una serie
de experimentos sistemáticos para probar la independencia
y combinatoriedad como las características esenciales de la
constitución hereditaria de todos los organismos. De Vries
generalizó las ideas de Mendel sin tener conocimiento de
sus trabajos experimentales y obtuvo resultados iguales en
la transmisión del color de las flores de híbridos de alubias.
Cuando conoció las publicaciones de Mendel escribió lo
siguiente:
[…] De estos experimentos, y de otros muchos más,
deduzco que la ley de la segregación de los híbridos
hallada por Mendel para los guisantes tiene una gran
aplicación en todo el reino vegetal y una principalísima importancia para el estudio de las unidades que
componen los caracteres específicos…[5]
Figura 2. Hugo de Vries
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antecedentes de la función y la estructura del adn . identificación de la naturaleza de las moléculas portadoras del mensaje genético
De Vries incidió en las consecuencias de estos resultados para el estudio de la hibridación y de las nociones de
especie, subespecie y variedad, así como en las combinaciones
de factores genéticos que se producían en la obtención de
nuevos híbridos. Estableció las leyes de la segregación de
las especies y descartó la problemática filogenética de un
gran número de organismos que se designaban hasta ese
momento como variedades de otras especies, lo que había
desorientado a los biólogos durante un siglo, y aumentado
las diferencias entre evolucionistas y no evolucionistas.
Carl Correns (1864-1933) y Erich Tschermak (18711962) también llegaron al mismo resultado experimental
que Mendel, en el mismo año que De Vries. Sus experiencias se pueden considerar como un hito importante para
el nacimiento de la genética. Correns consideró que:
[…] La obra de Mendel era lo mejor que se había escrito sobre híbridos.[6]
[…] Si pudiésemos ver en el plasma el componente
celular predominantemente nutritivo y en el núcleo el
predominantemente reproductivo, teniendo además
en cuenta, por una parte la relación entre nutrición y
adaptación y, por otra, entre reproducción y herencia,
podríamos considerar justamente que el núcleo de las
células es el principal órgano de la herencia y el plasma el órgano principal de la adaptación.[8]
Haeckel intuyó en esa época que el núcleo celular era
la parte de la célula con capacidad genética mientras el
citoplasma regulaba las funciones de nutrición y de adaptación al medio.
La genética continuó su desarrollo en los primeros
años del siglo xx con algún intento de aproximación a
la química fisiológica.[9] Sin embargo sus inquietudes más
inmediatas iban por otros caminos, relacionados con el
mendelismo. La escuela alemana dirigida por Carl Correns y Fritz von Wettstein se centró en la fisiogenética
de la mariposa de la harina, Ephestia Kuhnielle, y en la genética del hongo del pan, Neurospora sitophila. Erwin Baur
(1875-1933) consideraba lo siguiente en relación con estos planteamientos:
[…] Parece muy probable que esta serie de variedades
cromáticas tenga algo que ver con las polimerizacioAn. Quím. 110 (3), 2014, 225-233
Figura 3. Thomas H. Morgan
nes de la química orgánica… Podemos representar
cada tipo de cromómero como una especie de molécula gigante capaz de crecer y dividirse…[10]
Los cromosomas y su estudio morfológico, y los genes,
reales o ficticios, como unidades físicas de los caracteres
de la herencia fueron los objetivos de la genética. Thomas
H. Morgan (1866-1945) (Figura 3) en su discurso de aceptación del Premio Nobel, en junio de 1933, consideraba
respecto de los genes:
[…] Ahora que los tenemos localizados en los cromosomas podemos considerarlos unidades materiales;
¿acaso son cuerpos químicos de orden superior al de
las moléculas? Francamente, estas son cuestiones por
las que el genetista no se preocupa demasiado, excepto cuando especula sobre la naturaleza de los elementos postulados. No existe ningún consenso de opinión
entre los genetistas sobre qué son los genes –ya sean
reales o puramente ficticios- porque al nivel en el que
se encuentran con experimentos de genética, no influye lo más mínimo que el gen sea una unidad hipotética o que sea una partícula material.[11]
nucleína y ácidos nucleicos
Mendel, con sus experimentos, demostró la distribución
cuantitativa de los caracteres hereditarios y, llegó a la conclusión, de que existían ciertas unidades particulares o
factores genéticos que controlaban los rasgos hereditarios
de los individuos que eran transmitidos intactos a la descendencia. Dichos factores fueron denominados genes, y
durante varios años, permanecieron como entidades abs-
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En su libro sobre cruces de guisantes, Correns aceptó
los términos de Mendel de dominante y recesivo y explicó
la segregación de caracteres por la fusión de los núcleos
de las células sexuales y por la división celular. Tschermak
fue el tercer científico que redescubrió las investigaciones
de Mendel y junto con Correns consideraron las leyes de
la herencia, conocidas actualmente con el nombre de leyes de Mendel.[7]
La polémica entre adaptación y herencia estuvo presente en todos los escritos de los seguidores y críticos de
Darwin. La teoría celular y su aplicación a los planteamientos genéticos de la herencia hizo escribir a Ernest
Haeckel (1834-1919), biólogo admirador de la teoría evolucionista lo siguiente:
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josé c . illana
tractas, cuya localización celular no fue determinada hasta comienzos del pasado siglo, cuando se concluyó que se
encontraban en los cromosomas, los cuales a su vez se hallaban en el núcleo celular. El gen fue entonces redefinido
como aquella parte del cromosoma que determina o afecta
a un sólo carácter, pero su naturaleza química permaneció
sin descubrir durante bastantes años.
En 1869, Friedrich Miescher (1844-1895) (Figura 4) había tratado las células del pus con pepsina, separando los
núcleos celulares del resto del citoplasma. La sustancia que
obtuvo la llamó nucleína. Miescher detectó posteriormente
que la nucleína tenía carácter ácido y propuso que se llamase ácido nucleico a este compuesto químico nuclear libre de
proteína. En 1892 en una carta dirigida a su tío con asombrosa presciencia le decía:
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[…] El ADN podía transportar el mensaje hereditario
del mismo modo que las palabras y los conceptos de
todas las lenguas encuentran expresión en veinticuatro
o treinta letras del alfabeto.[12]
Los investigadores de aquel tiempo no hicieron ningún caso de las palabras de Miescher ya que el ADN estaba
constituido solo por cuatro nucleótidos diferentes, un número seis o siete veces menor que las letras de un alfabeto.
¿Cómo se podía transportar el mensaje para la fabricación
de un organismo completo mediante una sustancia tan repetitiva y monótona?
Albrech Kossel (1853-1927), (Figura 5) Premio Nobel
en 1910, continuó los estudios de Miescher en su laboratorio de Heildeberg, y relacionó la química del núcleo de
la célula con la fisiología concluyendo que los ácidos nucleicos no son sustancias de almacenamiento energético
que están relacionados con la síntesis de nuevos tejidos. Al
respecto escribió:
[…] La aparición del ácido nucleico se limita al núcleo
de la célula, en definitiva a una parte del núcleo que
desde hace mucho tiempo conocen los histólogos con
el nombre de cromatina a causa de su tendencia a admitir tintes básicos en contraste con los restantes constituyentes morfológicos del núcleo. Este hecho posee
gran importancia para la relación entre la química y
la teoría de la célula, porque nos proporciona cierta
caracterización química de un órgano elemental de la
célula además de la caracterización morfológica.[13]
Kossel obtuvo por hidrólisis ácida y enzimática unas moléculas nitrogenadas con gran proporción de dobles enlaces entre el carbono y el nitrógeno. Eran sustancias básicas
derivadas de la purina y la pirimidina que se encontraban
en las células de la levadura y en el timo de los animales.
En estos años se consideraba la posibilidad de dos tipos
de ácidos nucleicos, uno de procedencia vegetal, obtenido
habitualmente de las células de levadura, y otro de procedencia animal llamado timonucleico.[14]
Figura 5. Kossel
Figura 4. Miescher
La influencia de Kossel fue grande en toda Europa e
incluso en USA. Entre los científicos que tuvieron relación
con él pueden citarse al químico británico T. M. Milroy, el
alemán Heine, y el americano A. P. Mathews.
Mathews estudió el esperma del invertebrado Arbacia.
Según las previsiones de la época debía tener una constitución química más simple que la del salmón. Mathews
comprobó que el ácido nucleico del Arbacia era igual que
el procedente del esperma del pez, y su parte proteínica
más compleja por la diversidad de sus aminoácidos. Reswww.rseq.org
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antecedentes de la función y la estructura del adn . identificación de la naturaleza de las moléculas portadoras del mensaje genético
pecto de los ácidos nucleicos Mathews escribió en 1924 lo
siguiente:
[…] La estructura que el citólogo denomina cromosoma y que la mayoría consideramos portadora de todos
los rasgos hereditarios (algunos, que llegan aun más lejos, imaginan a cada rasgo o carácter representado por
una unidad o un gen distinto), no es nada más que una
sal del ácido nucleico con el tinte básico que se ha empleado para teñirla… ¿Qué es, pues, el ácido nucleico?
¿Hay muchos ácidos nucleicos o uno?… El ácido nucleico de células muy diferentes parece ser el mismo…
El hecho de que muestre las mismas propiedades físicas, las mismas cifras analíticas, la misma capacidad de
rotación, etc., indica que probablemente no hay varios
ácidos nucleicos diferentes.[15]
Richard Altman (1852-1900) había obtenido los ácidos
nucleicos libres de proteína a partir de tejidos animales y
de células de levadura en 1899. Algunos años después, Albert Neumann había perfeccionado las técnicas de separación del ácido nucleico de la proteína.[16]
Figura 6. Levene
O
N
N
OH
O
OH
H
H
H
composición de los ácidos nucleicos.
hipótesis del tetranucleótido
O
N
N
CH2OH
H
H
Se conocía la existencia de fósforo en la composición del
ácido nucleico y se especulaba sobre una posible fórmula
empírica C41H61N16P4O31 suponiendo el carácter polimérico de esta sustancia. Los químicos americanos Thomas B.
Osborne e Isaac Harris plantearon algunas consideraciones
con respecto a las bases nitrogenadas que eran constituyentes de estas sustancias. En 1902 escribieron al respecto:
[…] Indudablemente las bases aparecen en proporciones equimoleculares. Las pequeñas diferencias (demasiada guanina) se deben a las dificultades para separar
las bases por completo, ya que hay cierta cantidad de
adenina mezclada en el precipitante de guanina… Una
molécula de uracilo de la molécula de ácido nucleico
representa el 8% de esta última. En los experimentos
antes descritos se encontró un 11% de uracilo a partir
de lo cual debemos concluir que la molécula de ácido
nucleico contiene al menos dos moléculas de esta sustancia.[17]
Figura 7. En 1929 Levene identificó el azúcar del ácido timonucleico como desoxirribosa.[19] Anteriormente había postulado la unión entre las unidades azúcar-base nitrogenada
a través de grupos fosfato que esterificaba a un grupo hidroxilo de los azúcares (Figura 8).
OH
O
P
O
Azúcar
OH
Base
O
O
P
O
Azúcar
OH
Base
O
O
P
O
Azúcar
OH
Base
O
O
P
O
Azúcar
Base
OH
La citosina y la timina también habían sido detectadas.
Osborne y Harris planteaban la existencia de dos moléculas
de bases púricas y dos moléculas de bases pirimidínicas por
cada cuatro átomos de fósforo. Ello llevó a establecer la hipótesis del tetranucleótido, que fue apoyada por Phoebus
Aarón Levene (1869-1940) (Figura 6).
Levene había considerado un modelo de estructuración del ácido nucleico con las bases nitrogenadas unidas a
un azúcar pentagonal y a la existencia de un grupo fosfato
en su composición. En 1909 postulaba para la inosina la
unión de una purina al azúcar por un enlace glicosídico
(Figura 7).[18]
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Figura 8. En 1938, Levene volvió a considerar el carácter polimérico de los ácidos nucleicos. Por acción de una nucleasa
sobre el material nuclear obtenía fragmentos de distintos
tamaños y pesos moleculares. En relación a este proceso
de despolimerización y al carácter de la nucleasa escribió:
[…] Así que, este hallazgo es importante no sólo porque revela un paso más del proceso del catabolismo
biológico de los ácidos nucleicos, sino también porque
proporciona un medio para verificar la pureza del áci-
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H
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do nucleico natural, por una parte, y para verificar la
pureza de las nucleofosfatasas por medio del ácido nucleico natural, por otra.[20]
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proteínas y ácidos nucleicos
A pesar de los avances bioquímicos en el estudio de los ácidos nucleicos no estaba suficientemente clara su importancia en el desarrollo de la vida y de la herencia genética. La
comunidad científica seguía considerando a las proteínas
como las sustancias fundamentales en la transmisión de los
caracteres hereditarios.
Los citólogos no habían podido determinar los efectos
celulares del ácido nucleico por las dificultades de tinción
del material cromosómico hasta el desarrollo de las técnicas de Robert Feulgen (1884-1955), que se aplicaron en
1923 en la Universidad de Tubinga. La reacción de Feulgen reconocía a los grupos aldehídos de los azúcares.[21]
William Thomas Astbury (1898-1961) (Figura 9) había
aplicado sus técnicas radiocristalográficas a los ácidos nucleicos y había obtenido un modelo molecular con las bases nitrogenadas en planos horizontales perpendiculares
al eje de la fibra (modelo de la torre de peniques).[22]
Astbury se había atrevido a pronosticar la función del
ácido nucleico similar a la de un bastidor que serviría de
plantilla para sintetizar una cadena complementaria a la
original si ambas tuvieran direcciones opuestas.
Torbjörn Caspersson estudió el contenido de ácido nucleico en las etapas de división celular y duplicación cromosómica observando que tenía un papel importante en
la síntesis de nuevas moléculas de proteína asociadas a los
genes. Einar Hammarsten y Caspersson aplicaron técnicas
de microfotometría ultravioleta a los ácidos nucleicos y a
los cromosomas de las glándulas salivares de la mosca de la
fruta, Drosophila melanogaster, observando relaciones significativas entre la absorción de la luz ultravioleta en ambos
casos. Caspersson y Jack Schultz concluyeron con relación
a la heterocromatina del cromosoma lo siguiente:
[…] Estas regiones del cromosoma tienen una función
que también realizan todos los demás genes -a saber,
la síntesis del ácido nucleico-. La relación de estas regiones con la aparición local de ácido nucleico en los
cromosomas, sugiere una estrecha conexión entre la
síntesis del ácido nucleico y la reproducción de los genes.[23]
Todas las consideraciones anteriores llevaron al establecimiento de la teoría nucleoproteínica del gen, que planteaba
que los genes estaban formados por ácidos nucleicos y proteínas, aunque se seguía pensando en la mayor importancia genética de estas últimas.
En el Congreso Internacional de Genética de 1939 y en
el Simposium de Cold Spring Harbor de 1941 se trataron estas propuestas sobre los genes, su estructura, y su posible
composición química. En ellos polemizaron científicos de
especialidades diversas, como Darlington, Muller, Bernal,
Waddington, Wrinch, Astbury, o el propio Linus Pauling.
Pauling manifestaba, unos años después, en relación a la
duplicación genética:
[…] Si la estructura que sirve de plantilla (la molécula del gen o del virus) consta de, digamos, dos partes
estructuralmente complementarias, cada una de esas
partes puede servir de molde en la producción de una
réplica de la otra parte, y el complejo formado por las
dos partes complementarias también puede servir de
molde en la producción de duplicados del mismo.[24]
La química de los virus y la transformación bacteriana
vino a dar nueva luz a la investigación sobre la naturaleza
del principio genético de la herencia. John D. Bernal y Fankuchen estudiaron la estructura cristalina del virus del mosaico del tabaco (VMT), formado por proteína y ácido
nucleico. Al respecto escribieron lo siguiente:
[…] La naturaleza cristalina de las partículas que hemos
estudiado no puede ser considerada en sí misma de importancia biológica ni puede ofrecer respuesta alguna a
la pregunta de si ellas son o no son los agentes infecciosos, ni tampoco a la pregunta más metafísica todavía de
si deben ser consideradas organismos vivos.[25]
transformaciones bacterianas. principio transformador
Figura 9. Astbury
La transformación de bacterias virulentas en atenuadas o
viceversa, con el fin de ser utilizadas en vacunas de los procesos infecciosos, o en otras investigaciones médicas, fue
tratada inicialmente por Friedrick Griffith en Inglaterra y
posteriormente por Ostwald T. Avery (1877-1955) y sus cowww.rseq.org
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antecedentes de la función y la estructura del adn . identificación de la naturaleza de las moléculas portadoras del mensaje genético
laboradores, en USA. Griffith trabajaba con Neumococos de
formas S (lisa) y R (rugosa), y con diversos tipos I, II, III y
IV de estas formas (Figura 10).
Figura 11. Avery
La forma S era letal y la forma R no lo era. Se producían transformaciones entre ellas, no siempre controladas.
Griffith consideraba que el principio transformador era una
sustancia termolábil existente en el caldo de cultivo bacteriano. Griffith escribió al respecto lo siguiente:
[…] Como la virulencia y la capacidad para formar sustancias solubles son atributos de la cepa S, nos conviene
adscribir su posesión a un antígeno especial que podemos denominar antígeno S… Cuando los neumococos
de los tipos I y II son reducidos a sus respectivas formas
R cultivándolos en sueros inmunes homólogos pierden
casi todo su antígeno S principal, aunque pueden conservar sus antígenos S menos importantes que según
parece no resultan afectados por la sustancia inmune
heteróloga. Pero evidentemente continúa prevaleciendo el antígeno S principal, porque en cuanto se produce la reversión de una forma R a la forma S recupera sus
caracteres tipológicos originales.[26]
Avery (Figura 11), MacLeod y McCarty determinaron
que el principio transformador bacteriano era el DNA.[27] Inicialmente se pensaba que era de naturaleza proteínica, en relación al carácter termolábil considerado por Griffith. Lionel
Alloway había precipitado la sustancia transformadora con
alcohol.[28] Avery, MacLeod y McCarty emplearon técnicas
enzimológicas para destruir la actividad transformadora. La
tripsina, quimotripsina y ribonucleasa no ejercían ningún
efecto sobre la sustancia transformadora.
McCarty describió al respecto, en 1946, lo que no podía
ser esta sustancia, después de diversos ensayos en el laboratorio con la intención de eliminar los componentes cuya
inactividad se hubiese comprobado que no ejercía ningún
efecto sobre la sustancia transformadora:
[…] la proteína por el método del cloroformo, el polisacárido capsular por digestión con un enzima bacteriano específico que lo hidroliza, el polisacárido soAn. Quím. 110 (3), 2014, 225-233
McCarty manifestó posteriormente, en un Simposium
de la American Chemical Society, en relación con la naturaleza química del principio transformador y su similitud con los
virus, lo siguiente:
[…] A partir del análisis precedente puede observarse
que aunque la sustancia transformadora del neumococo
es parecida a un virus en algunas de sus propiedades,
hay ciertos datos que hacen incoherente su clasificación
entre los virus a pesar de la diversidad de este grupo de
agentes. Sin embargo, si aceptamos la validez de la idea
de que la especificidad biológica de la sustancia transformadora es la propiedad de un ácido desoxirribonucleico, los resultados del presente estudio servirán para
centrar la atención sobre el ácido nucleico que forma
parte de las nucleoproteínas víricas.[30]
Algunos genetistas consideraron que se había producido en las bacterias neumocócicas una mutación dirigida que
había alterado sus caracteres patogénicos. Entre ellos puede citarse a Dobzhansky y a Muller. Otros como Mirsky, que
había estudiado concienzudamente la química del núcleo
celular desde 1942, planteó objeciones al descubrimiento,
considerando la no suficiente separación experimental de
la proteína y el ácido nucleico, por lo que seguía manteniendo sus posiciones antiguas sobre la importancia genética de las proteínas.[31]
Sin embargo el descubrimiento se fue imponiendo
poco a poco. André Boivin y sus colaboradores obtuvieron
resultados idénticos en Escherichia coli. Boivin escribió al
respecto:
[…] Pruebas de la extraordinaria multiplicidad de tipos
antigénicos entre los bacilos del colon, cada uno de los
cuales poseía su propio polisacárido, caracterizados por
una constitución química especial y por una especificidad serológica concreta. Cada tipo se mantiene estable
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mático por precipitación fraccionaria de alcohol y el
ácido ribonucleico bien por digestión enzimática con
ribonucleasa o bien por fraccionamiento de alcohol.[29]
Figura 10. Neumococos
232
josé c . illana
a lo largo de cultivos sucesivos; como los tipos neumocócicos, estos tipos pueden sufrir degradación antigénica
pasando de la forma S a la forma R perdiendo su polisacárido y también como los tipos neumocócicos, poseen
el valor de auténticas especies elementales dentro de la
inmensa especie de las Escherichia coli.[32]
En relación al futuro de la genética molecular, y en función de estos descubrimientos, Boivin, se atrevió a pronosticar lo siguiente:
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[…] En las bacterias –y, con toda probabilidad, en los
organismos superiores también– cada gen posee su
propio constituyente específico, no una proteína sino
un ácido desoxirribonucleico particular que, al menos
en determinadas condiciones (mutaciones dirigidas de
las bacterias), es capaz de funcionar por sí solo como
portador de los caracteres hereditarios; por lo tanto,
en el último análisis, cada gen puede ser achacado a
una macromolécula de un ácido desoxirribonucleico
especial… Este es un punto de vista que, en lo que respecta al estado actual de la bioquímica, parece ser francamente revolucionario.[33]
Sir Macfarlane Burnet, Premio Nóbel en Fisiología y
Medicina en 1960, consideró que el descubrimiento de la
naturaleza bioquímica del principio transformador marcó el
paso de la investigación médica aplicada a la investigación
pura, y con ella la incorporación de muchos científicos de
formación en medicina y en otras materias al campo incipiente de la biología molecular. Al respecto escribió:
[…] Avery acaba de hacer un descubrimiento extremadamente interesante que, dicho sin muchos refinamientos, es nada menos que el aislamiento de un gen puro
en forma de ácido desoxirribonucleico… Ni él ni yo lo
sabíamos en aquel momento, pero el descubrimiento
de que el ADN podía transferir información genética
de un neumococo a otro casi señaló el fin de un campo
de investigación académica, la bacteriología médica, y
anunció el nacimiento del campo de la biología molecular que desde entonces ha dominado el pensamiento
académico en el ámbito de la biología.[34]
André Boivin y Roger Vendrely encontraron que el contenido en ADN de las células diploides era el doble del
contenido de las células haploides. Se confirmaba así la
reducción a la mitad del número de genes de las células
somáticas. Este hecho se conoce como la regla genética
de Boivin-Vendrely. En 1948 las funciones de los ácidos
nucleicos y su diferenciación dentro de la célula parecían estar más claras. Otros científicos franceses consideraron que el ADN era el depositario de los caracteres de
la herencia, y el ARN participaba en la biosíntesis celular.
A este respecto escribieron lo siguiente:
[…] La invariabilidad del ADN parece consecuencia
natural de la función especial que hoy día se le atribuye, la de ser el depositario de los caracteres hereditarios
de la especie. En lo que respecta a la variabilidad del
ARN, es fácil de explicar por el papel tan activo que hay
quien se inclina atribuirle en el proceso de la síntesis
celular.[35]
Sin embargo, estas conclusiónes no fueron aceptadas
por muchos investigadores; algunos sugirieron que los preparados de ADN podían contener una sustancia mutagénica que podría inducir el cambio de la forma S y otros eran
partidarios de que la transformación de las células R en
S era provocada por cantidades pequeñísimas de alguna
proteína específica que quedaba en las muestras del ADN
utilizado.
Las dudas fueron resueltas de una forma elegante e
incuestionable por Alfred Hershey y Marta Chase en 1952
utilizando isótopos radiactivos. Existen unos virus denominados T2 que están formados por un núcleo central de
ADN rodeado de una cubierta proteica. Cuando el virus,
llamado bacteriófago, o simplemente fago, se pone en
contacto con la bacteria Escherichia coli, la infecta provocando, en determinadas condiciones y después de un cierto tiempo, su lísis; el virus nunca penetra en la célula, es la
cola la que contacta con la bacteria y el ácido nucleico de
la cabeza del virus penetra en el interior de la célula. Hershey y Chase marcaron con el radioisótopo 32P el ADN del
fago, mientras que la cubierta proteica la marcaron con
35
S. Estos marcadores son altamente específicos puesto
que el ADN no contiene azufre y la cubierta proteica está
desprovista de fósforo. Una muestra de un cultivo de Escherichia coli se infectó con el fago marcado, el cual se unió
a la bacteria después de un corto periodo de incubación.
La suspensión se sometió durante unos pocos minutos a
la acción de un homogenizador, para romper las conexiones entre los virus y las bacterias y, después se centrifugó
a una velocidad conveniente para mantener los virus en
el sobrenadante y sedimentar las bacterias en el fondo del
tubo. Se investigó en estas fracciones la presencia de 32P
y 35S para determinar la localización del ADN del fago y
de la cubierta proteica, resultando que el ADN del fago
se encontraba en la bacteria y la proteína del fago en el
sobrenadante.[36]
Erwin Chargaff (Figura 12) investigó sobre los ácidos
nucleicos desde los primeros años de la década de 1940.
Aplicó la técnica de separación de aminoácidos de Martín
y Synge, por cromatografía en papel, a la separación de las
purinas y las pirimidinas, y obtuvo unas proporciones entre ambos tipos de bases con valores próximos a la unidad.
Consideró por ello que no procedía mantener la hipótesis
del tetranucleótido, propuesta por Levene. En 1950 escribió
lo siguiente:
[…] Estos resultados desautorizan la hipótesis del tetranucleótido. Sin embargo, merece la pena destacar
–y todavía no podemos decir si esto es algo más que
un mero accidente– que en todos los ácidos nucleicos
desoxipentosa examinados hasta ahora las proporciones molares entre purinas totales y pirimidinas totales,
así como entre la adenina y la timina y la guanina y la
citosina, no se alejaban mucho de la unidad.[37]
www.rseq.org
An. Quím., 110 (3), 2014, 225-233
antecedentes de la función y la estructura del adn . identificación de la naturaleza de las moléculas portadoras del mensaje genético
Figura 12. Chargaff
Stephen Zamenhof había intentado prever la forma de
distribución de las bases nitrogenadas en el ADN, aunque
no encontró una secuencia regular.[38] Stern, asociando
ideas sobre el tamaño de los genes y las características de
los enlaces de hidrógeno, planteó la posibilidad de interacciones entre purinas y pirimidinas, en las formas tautómeras más idóneas, mediante uniones de hidrógeno. Sin
embargo la estructura de la doble hélice no estaba todavía
madura, aunque ya se planteaba la búsqueda de la forma
estructural del ADN de una manera incipiente.
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